Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi tiện cứng trên máy tiện cnc thép hợp kim đã nhiệt luyện nhằm phục vụ cho chế tạo xupap động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi tiện cứng
trên máy tiện CNC thép hợp kim đã nhiệt luyện
nhằm phục vụ cho chế tạo xupap động cơ đốt trong
TRẦN ĐỖ AN


Ngành Cơ khí chế tạo máy

Giảng viên hướng dẫn:

PGS. TS. Bùi Ngọc Tuyên

Viện:

Cơ Khí

HÀ NỘI, 2021

Chữ ký của GVHD


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Trần Đỗ An
Đề tài luận văn: Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi tiện cứng trên máy tiện
CNC thép hợp kim đã nhiệt luyện nhằm phục vụ cho chế tạo xupap

động cơ đốt trong.
Chuyên ngành: Cơ khí chế tạo máy
Mã số SV: CB190066
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác
giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 27/04/2021 với
các nội dung sau:
- Bổ sung bảng chữ cái viết tắt.
- Rút ngắn nội dung luận văn.
- Bổ sung số liệu.
- Chỉnh sửa chính tả.
Ngày

tháng 05 năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

Tác giả luận văn

PGS. TS. Bùi Ngọc Tuyên

Trần Đỗ An

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, chỉ bảo
của Ban giám hiệu, Viện đào tạo sau đại học, các thầy cô giáo trong Viện Cơ
Khí, bộ mơn Cơng nghệ chế tạo máy, bộ mơn Cơ khí chính xác và quang
học, Trung tâm hỗ trợ đào tạo nghiên cứu và đổi mới cơng nghệ cơ khí

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin cảm ơn chân thành đến các Quý
Thầy Cô, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn PGS. TS. Bùi Ngọc Tuyên, Giảng
viên Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã định hướng đề tài, hướng dẫn
tận tình tơi trong việc tiếp cận và khai thác tài liệu tham khảo cũng như những
chỉ bảo trong q trình tơi làm luận văn.

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Ngày nay, để nâng cao năng suất, chất lượng trong chế tạo các chi tiết
máy, cần phải sử dụng các máy móc, trang thiết bị công nghệ hiện đại, tiên
tiến, nhất là các máy công cụ điều khiển số CNC. Các máy CNC có thể thực
hiện cùng một lúc nhiều chuyển dộng khác nhau, tự động kiểm tra kích thước
chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi
tiết, … Đối với một hệ thống công nghệ nhất định, năng suất hay chất lượng
bề mặt phụ thuộc chủ yếu vào chế độ cắt được cài đặt. Điều khiển các thông
số chế độ cắt là phương pháp cơ bản và hiệu quả để kiểm soát chất lượng gia
công, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị. Do đó, cài đặt chế độ cắt hợp lý
hay tối ưu để nâng cao năng suất gia công, chất lượng gia cơng là điều kiện
cần cho q trình gia cơng cơ khí.
Với đề tài “Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi tiện cứng trên
máy tiện CNC thép hợp kim đã nhiệt luyện nhằm phục vụ cho chế tạo
xupap động cơ đốt trong”. Tôi tập trung nghiên cứu tổng quan về quá trình
tiện (đặc biệt là tiện cứng trên máy tiện CNC), tìm hiểu về chất lượng bề mặt
và độ chính xác kích thước khi gia cơng. Sử dụng phương pháp tính tốn
truyền thống, phương pháp thực nghiệm Taguchi và các phần mềm bao gồm:
I


Microsoft Excel và Minitab để tính tốn, chọn ra được bộ thông số khi tiện
phù hợp nhất, làm cho chi tiết có độ nhám thấp nhất và độ chính xác về kích
thước là phù hợp nhất nhằm nâng cao chất lượng của chi tiết mà vẫn đảm

bảo kinh tế.
Luận văn đã kế thừa lý thuyết về độ nhám và độ chính xác về kích thước
khi gia cơng chi tiết, áp dụng các giá trị nghiên cứu khoa học vào cải tiến,
nâng cao hiệu quả khi gia công chi tiết. Qua đó giải quyết các yêu cầu về kỹ
thuật và chất lượng chi tiết gia công theo thực tiễn hiện nay, cũng như giải
quyết vấn đề kinh tế, đầu tư thiết bị, thời gian. Trên cơ sở đã đạt được tiếp
tục tiến hành mô phỏng các chế độ tiện khác nhau để tìm ra các chế độ tiện
tối ưu nhất để đạt độ chính xác của chi tiết, khi đó việc chọn thông số khi
tiện đạt kết quả cao.

HỌC VIÊN
Ký và ghi rõ họ tên

Trần Đỗ An

II


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, Luận văn thạc sỹ: ‘‘Nghiên cứu lựa chọn chế
độ cắt hợp lý khi tiện cứng trên máy tiện CNC thép hợp kim đã nhiệt
luyện nhằm phục vụ cho chế tạo xupap động cơ đốt trong.’’ là cơng trình
nghiên cứu của cá nhân tơi, không sao chép của bất kỳ ai. Trừ các phần tham
khảo đã được nêu rõ trong Luận văn.
Tôi xin chịu mọi trách nhiệm về cơng trình nghiên cứu của mình!
Hà Nội, ngày......tháng......năm 2021
Người cam đoan

Trần Đỗ An

III


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... I
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN..................................................................... I
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ III
MỤC LỤC ............................................................................................................ IV
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TIỆN. ......................................... 5
1.1 Khái niệm chung về gia công tiện. ............................................................... 5
1.2 Các phương pháp gia công tiện. ................................................................... 6
1.3. Thông số chế độ cắt................................................................................... 11
1.4 Tiện cứng.................................................................................................... 16
1.5. Máy tiện và dao tiện CNC. ........................................................................ 19
1.6 Kết luận. ..................................................................................................... 35
CHƯƠNG 2: CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC
KHI GIA CƠNG CƠ KHÍ.................................................................................... 36
2.1 Khái niệm chung về gia cơng cơ khí. ......................................................... 36
2.2 Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt. ............................................. 38
2.3 Độ chính kích thước khi xác gia cơng cơ khí. ........................................... 53
2.4 Kết luận. ..................................................................................................... 59
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM TAGUCHI ........................... 60
3.1 Phương pháp Taguchi. ............................................................................... 60
3.2 Các khái niệm cơ bản. ................................................................................ 62
3.3 Trình tự các bước áp dụng phương pháp Taguchi. .................................... 78
3.4 Nhận xét. .................................................................................................... 78
3.5 Kết luận. ..................................................................................................... 79
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ................................................. 80
IV

4.1 Thực nghiệm tiện cứng CNC thép 40 Cr nhiệt luyện. ............................... 80
4.2 Ứng dụng tiện cứng CNC gia công chế tạo Xupap động cơ UAZ – 469. . 93
4.3 Kết luận. ..................................................................................................... 97
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..................... 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 100

V


DANH MỤC HÌNH VẼ
Danh sách hình chương 1:
Hình 1. 1: Gia cơng trên máy tiện .......................................................................... 5
Hình 1. 2: Sơ đồ xén mặt đầu ................................................................................. 7
Hình 1. 3: Các dạng lỗ tâm tiêu chuẩn ................................................................... 7
Hình 1. 4: Sơ đồ tiện trục trơn................................................................................ 7
Hình 1. 5: Sơ đồ tiện trục bậc................................................................................. 8
Hình 1. 6: Trục lệch tâm ........................................................................................ 8
Hình 1. 7: Tiện trục lệch tâm sử dụng hai hệ lỗ tâm .............................................. 8
Hình 1. 8: Các thơng số của mặt cơn ..................................................................... 9
Hình 1. 9: Gia cơng mặt cơn sử dụng dao định hình - dao bản rộng ..................... 9
Hình 1. 10: Gia công mặt côn bằng cách quay nghiêng bàn xe dao. ..................... 9
Hình 1. 11: Gia cơng mặt cơn bằng cách đánh lệch ụ sau ................................... 10
Hình 1. 12: Tiện chép hình ................................................................................... 10
Hình 1. 13: Tiện ren ............................................................................................. 10
Hình 1. 14: Chế độ tiện tối ưu trong gia cơng tiện............................................... 11
Hình 1. 15: Chiều sâu cắt khi tiện ........................................................................ 12
Hình 1. 16: Chiều sâu khi tiện .............................................................................. 13
Hình 1. 17: Lượng chạy dao khi tiện ................................................................... 13

Hình 1. 18: Lượng chạy dao khi tiện ................................................................... 14
Hình 1. 19: Tốc độ cắt. ......................................................................................... 15
Hình 1. 20: Tiện trụ ngồi .................................................................................... 15
Hình 1. 21: Máy tiện CNC dùng trong cơng nghiệp ............................................ 19
Hình 1. 22: Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC ......................... 22
Hình 1. 23: Hệ thống gá đặt dụng cụ ................................................................... 23
Hình 1. 24 Driver UDX 5114 của hãng VEXTA ................................................. 24
Hình 1. 25 Hình dáng của Resolver ..................................................................... 25
Hình 1. 26 Hình dáng Inductosyn ........................................................................ 26
Hình 1. 27 Cách sắp xếp các cuộn dây và dạng sóng sin của Inductosyn ........... 26
Hình 1. 28 Sơ đồ các dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng ...................................... 28
VI


Hình 1. 29 Hình dạng một số loại mảnh dao ....................................................... 29
Hình 1. 30 Hệ thống dao T-MAX P ..................................................................... 31
Hình 1. 31 Hệ thống dao T-MAX U .................................................................... 31
Hình 1. 32 Hệ thống dao cắt đứt T-MAX Q ........................................................ 31
Hình 1. 33 Hệ thống dao tiện ren T-MAX U ....................................................... 31
Hình 1. 34 Hệ trục tọa độ theo quy tắc bàn tay phải ............................................ 32
Hình 1. 35 Các trục tọa độ trên máy Tiện CNC ................................................... 33
Hình 1. 36 Ghi kích thước tuyệt đối..................................................................... 34
Hình 1. 37 Ghi kích thước tương đối ................................................................... 34
Danh sách hình chương 2:
Hình 2. 1: Dạng hình học vĩ mơ trên bề mặt chi tiết do lưỡi cắt có r = 0 ............ 39
Hình 2. 2: Dạng bề mặt lý tưởng của cho tiết máy khi tiện, bào với lưỡi cắt có r ≠
0 ............................................................................................................................ 39
Hình 2. 3: Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi của bề mặt chi tiết máy. ................ 40
Hình 2. 4 Tổng quát về độ nhám và độ sóng bề mặt của chi tiết máy ................. 41
Hình 2. 5 Độ nhám bề mặt chi tiết ....................................................................... 42

Hình 2. 6: Ảnh hưởng của lượng chạy dao S tới chiều cao nhấp nhơ tế vi Rz .... 45
Hình 2. 7: Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến độ nhám bề mặt khi gia cơng thép. .... 47
Hình 2. 8: Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt Ra tới độ mòn U của chi tiết ........... 48
Hình 2. 9 Kính hiển vi quang học ........................................................................ 51
Hình 2. 10 Máy đo nhám MOMMEL TESTER 1000 ......................................... 52
Hình 2. 11: Sơ đồ biểu diễn kích thước, sai lệch và dung sai. ............................. 56
Hình 2. 12: Thước lá ............................................................................................ 56
Hình 2. 13: Thước cặp và cấu tạo thước cặp........................................................ 57
Hình 2. 14: Panme. ............................................................................................... 57
Hình 2. 15: Đồng hồ so Mitutoyo ........................................................................ 58
Danh sách hình chương 3:
Hình 3. 1: Phân bố đầu ra thực và giá trị đích...................................................... 70
Hình 3. 2: Ảnh hưởng của độ nhiễu lên kết quả ra tính theo tỷ số S/N ............... 71
VII


Danh sách hình chương 4:
Hình 4. 1: Mẫu thực nghiệm. ............................................................................... 80
Hình 4. 2: Máy tiện CLX-350 .............................................................................. 81
Hình 4. 3: Máy đo nhám T1000 ........................................................................... 82
Hình 4. 4: Thiết bị đo kích thước Mitutoyo. ........................................................ 83
Hình 4. 5: Mảnh dao tiện CNMG 120404. .......................................................... 84
Hình 4. 6: Đồ thị độ nhám trung bình ở các mức của V, S, t ............................... 87
Hình 4. 7: Đồ thị S/N trung bình của độ nhám ở các mức của V, S, t ................. 88
Hình 4. 8: Đồ thị độ sai lệch kích thước trung bình ở các mức của V, S, t ......... 90
Hình 4. 9: Đồ thị giá trị S/N của độ sai lệch kích thước trung bình ở các mức của
V, S, t .................................................................................................................... 90
Hình 4. 10: Bản vẽ chế tạo xupap động cơ UAZ-469 .......................................... 94
Hình 4. 11: Xupap động cơ UAZ 469 .................................................................. 96

VIII


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Danh mục bảng chương 2:
Bảng 2. 1. Tiêu chuẩn đánh nhà nước về độ nhẵn của chi tiết............................. 53
Bảng 2. 2. Cấp chính xác đạt được bằng các phương pháp gia công. ................. 58
Danh mục bảng chương 3:
Bảng 3. 1: Lựa chọn bảng trực giao ..................................................................... 63
Bảng 3. 2: Bảng trực giao OA4(23) ...................................................................... 64
Bảng 3. 3 Bảng trực giao OA8(27) ....................................................................... 64
Bảng 3. 4 Bảng trực giao OA25(56) .................................................................... 65
Bảng 3. 5 Một số chú ý khi thiết kế bảng trực giao ............................................. 66
Bảng 3. 6: Cách xác định hệ số ai trong bảng trực giao ...................................... 67
Bảng 3. 7: Bảng kết quả thí nghiệm với đầu ra S/N ............................................ 72
Danh mục bảng chương 4:
Bảng 4. 1: Thông số kỹ thuật máy tiện CLX-350 ................................................ 81
Bảng 4. 2: Bảng thông số máy đo độ nhám T1000 .............................................. 82
Bảng 4. 3: Thơng số thiết bị đo kích thước Mitutoyo. ......................................... 83
Bảng 4. 4: Thông số dao tiện CNMG 120404. .................................................... 84
Bảng 4. 5: Chế độ cắt thực nghiệm V, S, t ........................................................... 85
Bảng 4. 6: Bảng trực giao L9 ............................................................................... 85
Bảng 4. 7: Kết quả thực nghiệm........................................................................... 86
Bảng 4. 8: Kết quả độ nhám trung bình ở các mức của V, S, t ............................ 87
Bảng 4. 9: Kết quả S/N trung bình của độ nhám ở các mức của V, S, t .............. 88
Bảng 4. 10: Mức độ ảnh hưởng (%)..................................................................... 88
Bảng 4. 11 Độ sai lệch kích thước trung bình ở các mức của V, S, t .................. 89
Bảng 4. 12: Giá trị S/N của độ sai lệch kích thước trung bình ở các mức của V, S,
t ............................................................................................................................. 90
Bảng 4. 13: Mức độ ảnh hưởng (%)..................................................................... 91

Bảng 4. 14: Bảng số liệu đo kích thước, độ nhám ............................................... 96

IX


DANH MỤC BẢNG BIỂU

STT

Ký hiệu chữ

Chữ viết đầy đủ

viết tắt

1

CN

Kiểm soát số (Numerical Control)

2

CNC

3

CPU

4

PC

5

CBN

6

ANOVA

7

V

Tốc độ cắt

8

S

Lượng chạy dao

9

t

Chiều sâu cắt

10

Ra

Độ nhám bề mặt

11

ΔD

Độ sai lệch kích thước

Điều khiển số bằng máy tính
(Computer Numerical Control)
Bộ xử lý trung tâm
(Central Processing Unit)
Máy tính dùng để lập trình chương trình gia
cơng (Personal Computer)
Cubic Boron Nitride
Phân tích phương sai
(Analysis of Variance)

X


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
Ngày nay, gia công đạt độ chính xác cao là q trình cơng nghệ phổ biến và
xu thế phát triển tất yếu trong kỹ thuật gia cơng cơ khí. Tìm hiểu qui luật phân bố
ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến năng suất và chất lượng gia công là
phương pháp cơ bản để điều khiển q trình cơng nghệ. Mặt khác, ứng dụng kỹ

thuật điều khiển số (NC) là xu hướng phát triển mạnh mẽ trong công nghiệp từ
thiết bị đến qui trình cơng nghệ với các ưu thế về độ chính xác và khả năng linh
hoạt. Tính linh hoạt của thiết bị trong hệ thống công nghệ tỷ lệ thuận với chi phí
và giá thành, do vậy sử dụng hiệu quả thiết bị là điều kiện cần thiết với mọi quá
trình công nghệ. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành cơng nghiệp
kim khí phụ trợ đóng vai trò rất to lớn trong nhiều lĩnh vực: Sản xuất ô tô, máy
bay, thiết bị xây dựng, máy nông nghiệp, máy cơng nghiệp, dược phẩm, thực phẩm,
cơ khí … Trong khi đó, thép 40Cr là một trong những vật liệu thường xuyên được
sử dụng dùng để chế tạo các chi tiết máy quan trọng như: trục, thanh ren, vít, vv….
Do vậy việc nghiên cứu và tối ưu quá trình gia công thép 40Cr và việc lựa chọn bộ
thông số chế độ cắt (V, S, t) để nâng cao chất lượng của sản phẩm là việc rất cần
thiết.
Kỹ thuật gia công cơ khí trên các máy điều khiển số (CNC) đang được nghiên
cứu, ứng dụng và phát triển lớn mạnh tại Việt Nam cũng như các nước trên thế
giới. Ngành công nghệ gia cơng, chế tạo thiết bị có những bước phát triển vượt bậc
với những máy CNC có khả năng gia cơng đạt độ chính xác rất cao đáp ứng nhu
cầu gia tăng độ chính xác. Với một hệ thống công nghệ nhất định, năng suất hay
chất lượng bề mặt phụ thuộc chủ yếu vào chế độ cắt được cài đặt. Vì vậy điều
khiển các thơng số chế độ cắt là phương pháp cơ bản và hiệu quả để kiểm sốt chất
lượng gia cơng cũng như nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị. Do đó cài đặt chế độ
cắt hợp lý hay tối ưu là điều kiện cần cho q trình gia cơng cơ khí.
Để nâng cao năng suất, chất lượng trong chế tạo các chi tiết máy, cần phải sử
dụng các máy móc, trang thiết bị cơng nghệ hiện đại, tiên tiến, nhất là các máy
công cụ điều khiển số CNC. Các máy móc, trang thiết bị hiện đại rất đắt tiền, vì
1


vậy để đảm bảo sử dụng hiệu quả các máy móc, thiết bị này thì việc gia cơng phải
được thực hiện bằng chế độ cắt tối ưu. Máy công cụ điều khiển số CNC có rất
nhiều lợi ích, trong đó có 3 lợi ích chính mà người sử dụng quan tâm nhất:

+ Tự động hóa sản xuất: Sau khi nạp chương trình gia cơng, nhiều máy CNC
có thể tự động chạy liên tục cho tới khi kết thúc, và như vậy giải phóng nhân lực
cho cơng việc khác.
+ Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm: Các máy CNC thế hệ mới cho
phép gia công các sản phẩm có độ chính xác và độ phức tạp cao mà máy công cụ
truyền thống không thể làm được.
+ Linh hoạt Chế tạo một chi tiết mới trên máy CNC đồng nghĩa với nạp cho
máy một chương trình gia cơng mới.
Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài nghiên cứu luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu
lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi tiện cứng trên máy tiện CNC thép hợp kim đã
nhiệt luyện nhằm phục vụ cho chế tạo xupap động cơ đốt trong”.

2. Mục tiêu, vấn đề mà luận văn hướng đến:
- Nghiên cứu được mức độ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt (tốc độ cắt
V, lượng tiến dao S và chiều sâu cắt t).
- Nghiên cứu phương pháp tiếp cận mới làm tăng khả năng dự đốn chất lượng
gia cơng.
- Tăng độ chính xác khi xác định chế độ cắt tối ưu cho gia công trên máy
phay CNC trên cơ sở nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
- Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa chế độ cắt với năng suất và chất
lượng bề mặt, tính tốn chế độ cắt tối ưu cho gia công một số thép hợp kim.
- Ứng dụng phương pháp Taguchi và phân tích phương sai ANOVA.
=> Từ đó, tìm ra bộ thơng số chế độ cắt tối ưu trong miền thực nghiệm nhằm
đạt được độ chính xác kích thước và độ nhám bề mặt gia công (Ra) là nhỏ nhất.

2


3. Nội dung nghiên cứu.
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nội dung nghiên cứu bao gồm các phần

sau:
- Tổng quan về quá trình tiện và dao tiện trên máy tiện CNC.
- Chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước sau khi gia cơng cơ khí.
- Nghiên cứu phương pháp thực nghiệm Taguchi.
- Thiết kế thực nghiệm và tiến hành thực nghiệm.
- Xử lý số liệu thực nghiệm, phân tích kết quả thực nghiệm.
- Đánh giá và đưa ra kết luận.
- Ứng dụng chế tạo mẫu xupap.

4. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài.
❖ Cơ sở khoa học:
- Đóng góp vào việc nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt cho phương pháp tiện
CNC đảm bảo đạt được đồng thời độ chính xác kích thước cao nhất và độ nhám
bề mặt (Ra) là nhỏ nhất.
- Đưa phương pháp Taguchi vào trong thiết kế thực nghiệm và tính tốn mức
độ ảnh hưởng của thông số công nghệ đến năng suất và chất lượng bề mặt.
- Sử dụng phương pháp Taguchi và phân tích phương sai ANOVA để đánh
giá được mức độ ảnh hưởng của ba thông số chế độ cắt (V, S, t) đến độ chính xác
kích thước và độ nhám bề mặt khi tiện CNC.
- Các nội dung nghiên cứu của luận án góp phần làm phong phú và sâu sắc
thêm các kiến thức chuyên ngành trong lĩnh vực điều khiển số các máy công cụ.
❖ Ý nghĩa thực tiễn:
- Làm phong phú thêm lý thuyết trong qui hoạch thực nghiệm và xử lý dữ
liệu thực nghiệm, q trình tối ưu hóa các thông số công nghệ trong điều kiện tại
Việt Nam.
- Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho
việc lựa chọn bộ thông số chế độ cắt tối ưu khi tiện thép 40 Cr đã nhiệt luyên trên
máy tiện CNC nhằm đạt được độ chính xác kích thước cao nhất và độ nhám bề mặt
gia công (Ra) là nhỏ nhất.
3

- Áp dụng bộ thông số chế độ cắt đã tìm ra, thực nghiệm chế tạo xupap nạp
động cơ đốt trong, cải tiến rút ngắn quy trình, loại bỏ nguyên cơng mài, giảm thời
gian và chi phí gia cơng.

5. Bố cục của luận văn.
Sau phần Mở đầu với các mục theo quy định, các nội dung nghiên cứu của
luận án được trình bày trong 4 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về quá trình tiện và dạo tiện.
Chương 2: Chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước khi gia cơng cơ khí.
Chương 3: Phương pháp thức nghiệm TAGUCHI.
Chương 4: Nghiên cứu thức nghiệm.
Phần cuối cùng là Kết luận và kiến nghị sẽ tổng kết các kết quả nghiên cứu của đề
tài và đề xuất một số hướng nghiên cứu tiếp theo.

4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TIỆN.
1.1 Khái niệm chung về gia công tiện.
1.1.1 Khái niệm về gia công tiện:
Tiện là một trong những phương pháp gia công cắt gọt chi tiết thông dụng
của ngành gia công chế tạo chi tiết máy. Nguyên công tiện là một trong những
nguyên cơng chính của ngành cơ khí. Gia cơng tiện CNC khác với gia công tiện
vạn năng là ứng dụng các máy CNC để tiện, giúp mang lại độ chính xác, năng suất
cao cho chi tiết được gia công.

1
n

S

2

1: Phôi
2: Dụng cụ cắt

Hình 1. 1: Gia cơng trên máy tiện

1.1.2 Đặc điểm gia công tiện
Bao gồm các đặc điểm sau:
- Gia cơng tiện cho năng suất tương đối cao.
- Độ chính xác gia công đạt cao khi tiện tinh.
- Thao tác, vận hành đối với máy tiện đơn giản.
- Các sản phẩm chủ yếu có dạng trịn xoay như: trục trơn, trục bậc, cơn, ren, lỗ,
lệch tâm.
- Có nhiều kiểu loại, kích cỡ máy khác nhau do đó tạo ra các sản phẩm
có tính đa dạng cao.
- Khó gia cơng các chi tiết có hình dạng phức tạp, đặc biệt trên mặt phẳng.
- Độ cứng vững của hệ thống công nghệ không cao, đặc biệt là máy tiện băng dài.

5


1.1.3 Công dụng.
Các công dụng bao gồm:
- Gia công tất cả các chi tiết máy có sự tạo hình nhờ chuyển động quay
của phôi.
- Gia công một số bề mặt đặc biệt sử dụng các bịên pháp gá chuyên dùng.
- Gia công các loại lỗ bao gồm lỗ thông hoặc khơng thơng, ren hoặc khơng

ren, hoặc lỗ định hình.
- Gia công các bề mặt trục trơn, trục bậc, trục lệch tâm, mặt côn, gia công
ren, gia công mặt đầu, mặt định hình trịn xoay.

1.2 Các phương pháp gia cơng tiện.
Đặc điểm của phương pháp tiện:
- Phương pháp tiện là một phương pháp gia cơng cơ khí là phương pháp gia
cơng cắt gọt các thiết bị trong phân xưởng.
- Phương pháp tiện ngày nay thường phải sử dụng đến các loại máy tiện
chuyên dụng như: Máy tiện cụt, máy tiện RW, máy tiện ren vít vạn năng, máy tiện
đứng. Bên cạnh đó, có phương pháp tiện cịn có thể thực hiện trên các loại máy
khác như: Máy phay, máy khoan, máy doa hay những máy gia công trung tâm …
- Dao tiện là dụng cụ dùng để cắt khi tiện, dao tiện cũng có nhiều loại: dao
đầu cong, dao đầu thẳng, dao vai, dao tiện lỗ, dao tiện định hình…
- Về độ chính xác: Độ chính xác của các chi tiết tiện phụ thuộc vào nguyên
liệu dùng để tiện, chất lượng chế tạo dụng cụ, tay nghề của công nhân, trạng thái
của bề mặt tiện, độ chính xác của máy tiện, …
- Về năng suất gia công các sản phẩm tiện: Phụ thuộc vào nhiều yế tố như
vật liệu tiện, máy tiện, trình độ cơng nhân, trạng thái bề mặt gia công, dao tiện, …

6


1.2.1 Xén mặt đầu và khoan lỗ chống tâm.
Mục đích của xén mặt đầu là tạo chuẩn cho gia công lỗ tâm.

Hình 1. 2: Sơ đồ xén mặt đầu

Khoan lỗ chống tâm: mũi khoan gá trên nòng ụ sau, dùng mũi khoan chuyên
dùng để khoan. Có hai dạng lỗ tâm tiêu chuẩn:

Hình 1. 3: Các dạng lỗ tâm tiêu chuẩn

1.2.2 Tiện trục trơn.
Sơ đồ tiện trục trơn:

Hình 1. 4: Sơ đồ tiện trục trơn

Khi lượng dư gia công 𝛿 lớn, nên chọn 𝛿 = k.t (k = 1, 2, ..., n).

7


1.2.3 Tiện trục bậc.
Sơ đồ tiện trục bậc:

Hình 1. 5: Sơ đồ tiện trục bậc

1.2.4 Tiện trục lệch tâm.
Trục lệch tâm là trục có từ hai đường tâm trở lên.

Hình 1. 6: Trục lệch tâm

Cách tiến hành:
- Cách 1: Sử dụng hai hệ lỗ tâm nếu e < R (R là bán kính của phần trục chính),
phải gá trên hai mũi tâm.

Hình 1. 7: Tiện trục lệch tâm sử dụng hai hệ lỗ tâm

- Cách 2: Dùng mâm cặp bốn chấu:

Dừng sự chuyển động của các chấu cặp từ đó đưa đường tâm phụ vào trùng
với trục chính của máy. Khi chi tiết ngắn, không cần gia công hai lỗ tâm. Khi chi
tiết dài, vẫn phải gia công hai lỗ tâm. Cách này đặc biệt thuận tiện khi gia công lỗ
lệch tâm.

8


1.2.5 Tiện mặt cơn.

Hình 1. 8: Các thơng số của mặt cơn

Cách tiến hành: Sử dụng dao định hình - dao bản rộng

Hình 1. 9: Gia cơng mặt cơn sử dụng dao định hình - dao bản rộng

Chỉ gia cơng được những đoạn cơn có chiều dài ngắn, chủ yếu để vát mép
các cạnh sắc của chi tiết. Quay nghiêng bàn xe dao:

Hình 1. 10: Gia cơng mặt cơn bằng cách quay nghiêng bàn xe dao.

Có thể tiện những đoạn cơn có chiều dài lớn, nhưng độ cứng vững giảm, chất
lượng bề mặt gia cơng khơng cao.
Khi góc cơn q lớn (> 300) thì có hai yếu tố xảy ra: chiều sâu cắt ban đầu
quá lớn, gây ra va đập giữa dụng cụ và phơi có thể dẫn tới gãy dụng cụ, vì vậy phải
tiến hành tiện nhiều lần làm giảm năng suất của q trình gia cơng và yếu tố thứ
hai là góc xoay quá lớn dẫn đến độ rung động của dao cao.

9

- Đánh lệch ụ sau:
Mục đích là tạo ra đường tâm của chi tiết tạo thành góc cơn so với trục chính
của máy, dao vẫn chuyển động thẳng do đó giảm rung động của dao và nâng cao
chất lượng bề mặt gia cơng. Chỉ áp dụng khi góc cơn ≤ 80 và độ dài phần cơn lớn.

Hình 1. 11: Gia công mặt côn bằng cách đánh lệch ụ sau

1.2.6 Tiện chép hình.
Dùng dưỡng để dao chuyển động theo dưỡng và giữ nguyên khoảng cách từ
chi tiết đến vị trí kẹp dao. Dùng tiện các chi tiết có biên dạng cong phức tạp, nhưng
chỉ sử dụng khi sản xuất hàng loạt.

Rãnh
chép
Chốt

Hình

Hình 1. 12: Tiện chép hình

1.2.7 Tiện ren.
Ren 550 và ren 600, quyết định bằng góc đỉnh dao. Do đó khi tiện ren phải
mài dụng cụ cho đúng góc độ để đảm bảo theo yêu cầu của ren.

Hình 1. 13: Tiện ren

10

Cách tiến dao khi tiện ren:
Cách 1: Tiến dao thẳng
+ Ưu điểm: dùng đồng thời cả hai lưỡi cắt do đó năng suất cao, dạng ren
chính xác, do đó tiến dao thẳng thường dùng khi tiện ren có yêu cầu kỹ thuật cao.
+ Nhược điểm: dao chóng mịn, giảm tuổi thọ của dao.
Cách 2: Tiến dao nghiêng
+ Ưu điểm: giảm lực cắt
+ Nhược điểm: năng suất thấp, độ chính xác của ren khơng cao. Do đó tiến dao
nghiêng thường dùng khi tiện ren có u cầu kỹ thuật khơng cao, nhưng cần có năng.

1.3. Thơng số chế độ cắt.
Các thơng số về lượng chạy sao (S), Vận tốc cắt (V), và chiều sâu cắt (t).
Các thông số này cực kỳ quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp tới q trình gia công
cũng như ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm, thời gian gia công, ảnh hưởng đến
nhiệt độ cắt, ảnh hưởng đến dao và quá trình lẹo dao, ảnh hưởng đến độ nhám, ảnh
hưởng đến độ cong vênh, ảnh hưởng đến năng suất, ảnh hưởng đến rất nhiều thứ
khác và từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành sản phẩm.

1.3.1 Chọn chế độ cắt trong gia cơng cơ khí ít tốn thời gian nhất.
Chọn chế độ cắt là xác định chiều sâu cắt, số lần chạy dao, lượng chạy dao,
tốc độ cắt và công suất cần thiết trong điều kiện gia công nhất định.
Chế độ cắt trong gia công cơ khí hợp lý là chế độ tiện nhằm mục tiêu giảm
thời gian, giảm ngun cơng, tăng độ chính xác, … để chế tạo sản phẩm có chất
lượng, có giá tri kinh tế cao. Nếu chọn đúng kết cấu dao, thơng số hình học phần
cắt, vật liệu, phương pháp mài sắc và mài bóng cũng như xác định đúng đắn cách
gá đặt, kẹp chặt dao và phôi, điều chỉnh máy tốt, trang bị cơng nghệ có kết cấu hợp
lý sẽ tạo điều kiện để chọn chế độ hợp lý và tiết kiệm.

Hình 1. 14: Chế độ tiện tối ưu trong gia công tiện

11


Chế độ cắt chịu sự tác động của một loạt các nhân tố như thành phần hóa học
của vật liệu, phương pháp sản xuất, và gia công nhiệt, cấu trúc tế vi, độ lớn của hạt
và mạng lưới tinh thể. Các nhân tố trên nhiều khi ảnh hưởng 1 cách tương hỗ nhau
đến chộ cắt và không thể đánh giá độc lập, riêng lẻ nhau, chế độ cắt còn phụ thuộc
vào phương pháp gia công, loại vật liệu dao, thông số hình học dụng cụ cắt gọt,
điều kiện gá, kẹp chặt chi tiết vị vậy chế độ cắt rất phức tạp, thường được chọn
theo kinh nghiệm và sử dụng các cơng thức thực nghiệm để tính tốn chế độ cắt.
Trong ngành gia cơng cơ khí có rất nhiều loại vật liệu khác nhau được sử
dụng, trong cùng 1 loại lại có thành phần, cấu trúc, độ cứng khơng giống nhau, vì
vậy để đưa ra 1 cơng thức cụ thể để tính chế độ cắt cho từng loại vật liệu, điều kiện
gia cơng cụ thể là khơng thể thực hiện được.
Vì vậy, chế độ cắt được tính cho 1 số loại vật liệu chuẩn ứng với 1 số điều
kiện nhất định nào đó, cịn các vật liệu khác được tính nhờ các hệ số gia công thực
nghiệm.

1.3.2 Chiều sâu cắt t (mm).
Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và bề mặt chưa gia cơng đo theo
phương tiến dao.

N

Hình 1. 15: Chiều sâu cắt khi tiện

Chiều sâu cắt t (mm) là lớp kim lọai được tiện đi trong một đường chuyển
dao chiều sâu cắt được đo theo phương vng góc với bề mặt gia công.
t = D - d / 2 (mm)
Trong đó:

+ D là đường kính đang gia cơng (mm)
+ d là đường kính đã gia cơng (mm)
Khi tiện đường kính lỗ chiều sâu cắt là nửa hiệu của đường kính lỗ sau khi gia
cơng và đường kính lỗ trước khi gia công.

12


Khi tiện mặt đầu chiều sâu cắt là kích thước của lớp kim lọai bớt đi theo phương
vng góc với mặt đầu.
Khi tiện cắt đứt chiều sâu cắt là bề rộng của rãnh được cắt.

Hình 1. 16: Chiều sâu khi tiện

Khi t càng lớn, năng suất cắt tăng lên nhưng tăng q trình mài mịn dao
làm tăng độ nhấp nhơ bề mặt. Chỉ tiến hành gia công với chiều sâu cắt lớn khi
gia công thô.

1.3.3 Lượng chạy dao S (mm / vịng).
Là khoảng cách giữa hai vị trí của một điểm trên lưỡi cắt chính sau một vịng
quay của trục chính.

S
N

Hình 1. 17: Lượng chạy dao khi tiện

13